RU65010U1

RU65010U1 - ELECTROMECHANICAL POWER STEERING POWER

Info

Publication number: RU65010U1
Application number: RU2007109847/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Ананьевич Тойдеряков; Алексей Александрович Спиридонов; Сергей Иннокентьевич Петров; Валерий Алексеевич Нестерин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЗЭиМ-Лайн"
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2007-07-27

Abstract

Полезная модель относится к автомобилестроению, в частности, к механизмам электропривода рулевой системы транспортного средства, автомобиля и может использоваться в качестве электромеханического безредукторного усилителя руля. Электромеханический усилитель руля содержит вентильный электродвигатель, ротор которого закреплен на валу рулевого механизма, электронный блок управления, датчик момента и положения ротора. На магнитопроводе ротора выполнены трапециевидные пазы, сужающиеся к наружной цилиндрической поверхности ротора с насыщающимися перемычками. В пазах закреплены постоянные магниты. Трапециевидные пазы выполняют функцию расклинивания полюсных участков магнитопровода ротора и позволяют уменьшить паразитные зазоры в роторе, обеспечивая его жесткость, снизить потоки рассеяния магнитных полей и повысить электромагнитный момент электродвигателя. Упрощенная конструкция совмещенного датчика момента и датчика положения ротора, являясь элементом упругой муфты с кольцевыми постоянными магнитами, жестко закрепленной на валу обеспечивает повышение надежности и эффективности работы электромеханического руля. 1 з.п. ф-лы., 2 ил.The utility model relates to the automotive industry, in particular, to the mechanisms of the electric steering system of a vehicle, a car and can be used as an electromechanical gearless power steering. The electromechanical power steering contains a valve motor, the rotor of which is mounted on the shaft of the steering mechanism, an electronic control unit, a torque and rotor position sensor. Trapezoidal grooves are made on the rotor magnetic circuit, tapering to the outer cylindrical surface of the rotor with saturable jumpers. Permanent magnets are fixed in the slots. The trapezoidal grooves perform the function of wedging the pole portions of the rotor magnetic circuit and reduce spurious gaps in the rotor, ensuring its rigidity, reduce magnetic flux scattering fluxes and increase the electromagnetic moment of the electric motor. The simplified design of the combined torque sensor and rotor position sensor, being an element of an elastic coupling with annular permanent magnets, rigidly fixed to the shaft provides increased reliability and efficiency of the electromechanical steering wheel. 1 s.p. f-ly., 2 ill.

Description

Полезная модель относится к средствам управления автомобиля и предназначена для снижения усилия на руле при маневрировании на низких скоростях и повороте колес в неподвижном состоянии транспортного средства.The utility model relates to vehicle controls and is designed to reduce steering force when maneuvering at low speeds and turning the wheels when the vehicle is stationary.

Известен усилитель руля для автомобилей [1], содержащий корпус, рулевой вал из входной и выходной частей, торсион, связывающий части рулевого вала, привод, понижающий редуктор с приводным валом и двумя зубчатыми парами встречного вращения с постоянным наружным зацеплением, связанным для каждого направления поворота руля через одну из двух муфт с входной частью рулевого вала.Known power steering for cars [1], comprising a housing, a steering shaft from the input and output parts, a torsion bar connecting the steering shaft parts, a drive, a reduction gear with a drive shaft and two counter-rotating gear pairs with constant external gearing connected for each direction of rotation steering wheel through one of two couplings with an input part of a steering shaft.

Известен усилитель руля для автомобилей [2], содержащий корпус, рулевой вал, из входной и выходной частей, торсион, связывающий части рулевого вала, привод, понижающий редуктор с приводным валом и двумя зубчатыми парами встречного вращения с постоянным наружным зацеплением, связанными для каждого направления поворота руля через одну из двух муфт с входной частью рулевого вала.Known power steering for cars [2], comprising a housing, a steering shaft, from the input and output parts, a torsion bar connecting the steering shaft parts, a drive reducing gear with a drive shaft and two counter-rotating gear pairs with constant external gearing connected for each direction turning the steering wheel through one of the two couplings with the input of the steering shaft.

Известен усилитель руля для автомобилей [3], содержащий корпус, рулевой вал из входной и выходной частей, выполненных в виде винтовой пары, торсион, связывающий части рулевого вала, привод, понижающий редуктор с приводным валом и двумя зубчатыми парами встречного вращения с постоянным наружным зацеплением, состоящих из шестерни и входящих с ней в зацепление двух зубчатых колес, две фрикционные муфты.Known power steering for cars [3], comprising a housing, a steering shaft from the input and output parts made in the form of a helical pair, a torsion bar connecting the parts of the steering shaft, a drive, a reduction gear with a drive shaft and two gear pairs of counter-rotation with constant external gearing consisting of gears and two gears engaged with it, two friction clutches.

Наиболее близким аналогом по отношению к заявляемой полезной модели является известный электромеханический усилитель руля автомобиля [4], содержащий корпус, расположенные в нем два соосных вала, входной и выходной, электродвигатель, состоящий из магнитопровода статора с трехфазной обмоткой и магнитопровода ротора, датчик момента, выполненный в виде торсиона и измерителя угла скручивания торсиона, датчик положения ротора электродвигателя, блок управления электродвигателем, магнитопровод ротора расположен на выходном валу усилителя руля, а магнитопровод статора встроен в корпус усилителя руля и выполнен с явно выраженными полюсами, на которых расположена обмотка, выполненная в виде катушек, расположенных в шести равных чередующихся фазных зонах по одной катушке на полюс, в каждой фазной зоне размещены несколько включенных последовательно-согласно катушек, принадлежащих одной фазе, ротор электродвигателя выполнен многополюсным с возбуждением от постоянных магнитов, а числа полюсов статора и ротора отличаются на два.The closest analogue to the claimed utility model is the well-known electromechanical power steering of a car [4], comprising a housing, two coaxial shafts located therein, an input and an output motor, an electric motor consisting of a stator magnetic circuit with a three-phase winding and a rotor magnetic circuit, a torque sensor made in the form of a torsion bar and a torsion angle meter, a rotor position sensor of an electric motor, an electric motor control unit, a rotor magnetic circuit located on the output shaft of the amplifier la, and the stator magnetic circuit is built into the power steering enclosure and is made with distinct poles, on which the winding is arranged, made in the form of coils located in six equal alternating phase zones, one coil per pole, several connected in series in each phase zone according to coils belonging to one phase, the rotor of the electric motor is multi-pole with excitation from permanent magnets, and the number of poles of the stator and rotor differ by two.

Недостатком данного аналога электромеханического усилителя руля является применение торсиона, требующего специальной технологии изготовления для обеспечения необходимой жесткости, а также отсутствие специальных мер для снижения потоков рассеяния магнитных полей и повышения жесткости ротора. Недостатком является также наличие специального датчика положения ротора, состоящего из трех датчиков Холла, закрепленных на подшипниковом щите и работающих от полей рассеяния магнитных полей ротора, The disadvantage of this analogue of the electromechanical power steering is the use of a torsion bar, which requires special manufacturing technology to provide the necessary stiffness, as well as the absence of special measures to reduce the scattering fluxes of magnetic fields and increase the stiffness of the rotor. The disadvantage is the presence of a special rotor position sensor, consisting of three Hall sensors mounted on a bearing shield and working from the scattering fields of the rotor magnetic fields,

которые не обеспечивают необходимой точности сигналов, управляющих электронным преобразователем блока питания.which do not provide the necessary accuracy of the signals controlling the electronic converter of the power supply.

Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции электромеханического усилителя руля, повышение надежности и эффективности его работы.The objective of the proposed utility model is to simplify the design of the electromechanical power steering, increasing the reliability and efficiency of its work.

Электромеханический усилитель руля состоит из вентильного электродвигателя, ротор которого закреплен на валу рулевого механизма и электронного блока управления, датчика крутящего момента, совмещенного с датчиком положения ротора и являющегося элементом упругой муфты.The electromechanical power steering consists of a valve electric motor, the rotor of which is mounted on the shaft of the steering mechanism and the electronic control unit, a torque sensor combined with a rotor position sensor and which is an element of an elastic coupling.

На фиг.1 изображен общий вид электромеханического усилителя руля с продольным разрезом.Figure 1 shows a General view of the electromechanical power steering with a longitudinal section.

На фиг.2 изображен поперечный разрез А-А.Figure 2 shows a cross section aa.

Технический результат достигается следующим образом. Электромеханический усилитель руля автомобиля, содержит корпус (1), расположенные в нем два соосных вала, входной (2) и выходной (3), соединенные упругой муфтой (4), состоящей из двух, соединенных упругими элементами (5) и жестко закрепленных на валах полумуфт с кольцевыми постоянными магнитами (6), имеющими число полюсов, равное или кратное числу полюсов ротора (7), а с внешней стороны цилиндрической поверхности кольцевых магнитов (6) муфты (4) на корпусе (1) установлено по три или два датчика Холла (8), реагирующих на угол поворота ротора (7) и угол скручивания упругих элементов (5) муфты (4), бесконтактный электродвигатель (9), состоящий из магнитопровода статора (10) с многофазной обмоткой (13) и выполненный с зубцами (11), число которых отличается от числа полюсов ротора (7) таким образом, что на каждом зубце статора располагается одна катушка (12) одной фазы многофазной The technical result is achieved as follows. The electromechanical power steering of a car contains a housing (1), two coaxial shafts located in it, an input (2) and output (3), connected by an elastic coupling (4), consisting of two connected by elastic elements (5) and rigidly fixed to the shafts coupling with ring permanent magnets (6) having a number of poles equal to or a multiple of the number of rotor poles (7), and three or two Hall sensors are installed on the housing (1) on the outside of the cylindrical surface of the ring magnets (6) of the coupling (4) (8) responsive to rotor angle of rotation (7) and twist angle of elastic elements (5) of the coupling (4), a non-contact electric motor (9) consisting of a stator magnetic circuit (10) with a multiphase winding (13) and made with teeth (11), the number of which differs from the number of rotor poles (7) in this way that on each stator tooth there is one coil (12) of one phase multiphase

обмотки (13) и магнитопровода ротора (14) расположенного на выходном валу усилителя руля (3) и жестко закрепленного через немагнитную втулку (15) и имеющего трапециевидные пазы (16) с постоянными магнитами (17), сужающимися к наружной цилиндрической поверхности ротора (7), образуя многополюсную магнитную систему с полюсами (18) чередующейся полярности. С внутренней стороны магнитопровода ротора пазы (16) имеют тонкие насыщающиеся перемычки (19), разделенные от выходного вала (3) втулкой (15) из немагнитного материала для уменьшения потоков рассеивания магнитного поля, созданного постоянными магнитами (17), датчик бесконтактного измерения крутящего момента рулевого вала, угла положения и скорости ротора (4), блок управления электродвигателем (20).windings (13) and rotor magnetic circuit (14) located on the output shaft of the power steering (3) and rigidly fixed through a non-magnetic sleeve (15) and having trapezoidal grooves (16) with permanent magnets (17), tapering to the outer cylindrical surface of the rotor (7) ), forming a multipolar magnetic system with poles (18) of alternating polarity. On the inner side of the rotor magnetic circuit, the grooves (16) have thin saturable jumpers (19), separated from the output shaft (3) by a sleeve (15) of non-magnetic material to reduce the flux of the magnetic field created by the permanent magnets (17), a non-contact torque measurement sensor steering shaft, rotor angle and speed (4), motor control unit (20).

Устройство работает следующим образом. При возникновении момента на входном валу (2) упругие элементы (5) муфты (4) изгибаются, а ее кольцевые части с магнитами (6) скручиваются одна относительно другой на угол, пропорциональный величине момента. Значение этого угла пропорционально разности фаз сигналов датчиков Холла (8). Этот угол является заданием для системы управления двигателем. При превышении момента на входном валу (2) заданного минимального уровня блок управления электродвигателем (20) вырабатывает управляющий сигнал, приложенный к обмоткам электродвигателя (13) и создает на рулевом механизме необходимый компенсирующий момент. При этом сигнал на каждой фазе обмотки формируется с учетом сигналов датчика положения ротора и датчика момента на руле (4). В блоке управления электродвигателем в соответствии с сигналом задания формируется ток синусоидальной формы, который, The device operates as follows. When a moment occurs on the input shaft (2), the elastic elements (5) of the coupling (4) are bent, and its ring parts with magnets (6) are twisted one relative to another by an angle proportional to the moment value. The value of this angle is proportional to the phase difference of the signals of the Hall sensors (8). This angle is the job for the engine management system. If the moment on the input shaft (2) exceeds the specified minimum level, the motor control unit (20) generates a control signal applied to the motor windings (13) and creates the necessary compensating moment on the steering mechanism. In this case, a signal at each phase of the winding is formed taking into account the signals of the rotor position sensor and the torque sensor on the steering wheel (4). In the motor control unit, in accordance with the reference signal, a sinusoidal current is generated, which,

протекая по фазам обмотки статора (13), взаимодействует с постоянными магнитами (17), расположенными в трапециевидных пазах ротора (16), создает электромагнитный момент, приложенный непосредственно к выходному валу (3) усилителя руля.flowing through the phases of the stator winding (13), interacts with permanent magnets (17) located in the trapezoidal grooves of the rotor (16), creates an electromagnetic moment applied directly to the output shaft (3) of the power steering.

Применение трапециевидных пазов с магнитами позволяет уменьшить паразитные зазоры в роторе, снизить потоки рассеяния магнитных полей и повысить электромагнитный момент электродвигателя.The use of trapezoidal grooves with magnets allows to reduce spurious gaps in the rotor, to reduce the fluxes of scattering of magnetic fields and to increase the electromagnetic moment of the electric motor.

Таким образом, в заявляемой полезной модели магниты в трапециевидных пазах ротора, выполняя функцию расклинивания полюсных участков магнитопровода, обеспечивают его жесткость и уменьшают «паразитные» воздушные зазоры. Отсутствие перемычек на наружной поверхности магнитопровода также уменьшает поток рассеивания, способствует повышению индукции в рабочем зазоре и соответственно увеличивает электромагнитный момент двигателя.Thus, in the claimed utility model, the magnets in the trapezoidal grooves of the rotor, performing the function of wedging the pole sections of the magnetic circuit, provide its rigidity and reduce "spurious" air gaps. The absence of jumpers on the outer surface of the magnetic circuit also reduces the dispersion flux, increases the induction in the working gap, and accordingly increases the electromagnetic moment of the motor.

Использование упрощенной конструкции датчика момента и положения ротора, являющейся элементом упругой муфты и блока управления электродвигателем, а также наличие в магнитопроводе ротора трапециевидных пазов с закрепленными в них магнитами и с насыщающимися перемычками, сужающихся к наружной цилиндрической поверхности ротора, что исключает в технологии сборки ротора применения бандажа и клея, обеспечивает повышение надежности и эффективности работы электромеханического руля автомобиля.The use of a simplified design of the rotor torque and position sensor, which is an element of an elastic coupling and an electric motor control unit, as well as the presence of trapezoidal grooves in the rotor magnetic circuit with magnets fixed in them and with saturable jumpers narrowing to the outer cylindrical surface of the rotor, which eliminates the use of rotor assembly technology bandage and glue, provides increased reliability and efficiency of the electromechanical steering wheel of a car.

Библиографические данные:Bibliographic data:

[1] - (DE) №3612619, [2] - (DE) №19518196,[1] - (DE) No. 3612619, [2] - (DE) No. 19518196,

[3] - RU №2244653, [4] - RU №2181091[3] - RU No. 2244653, [4] - RU No. 2181091

Claims

1. Electromechanical power steering of a car, comprising a housing, two pine shafts, an input and an output, an electric motor consisting of a stator magnetic circuit and a rotor magnetic circuit, a torque sensor, a rotor position sensor of an electric motor, an electric motor control unit, characterized in that two coaxial input and output shafts connected by an elastic coupling, consisting of two half-couplings connected with elastic elements and rigidly fixed to the shafts with permanent ring magnets having a number of poles equal to or a multiple of the number of poles rotor owls, and on the outside of the cylindrical surface of the ring magnets magnetically sensitive elements are installed on the housing, the rotor magnetic circuit, with trapezoidal grooves and permanent magnets in them, tapering to the outer cylindrical surface of the rotor, and on the inside of the rotor magnetic circuit the grooves have thin saturable jumpers separated from the output shaft with a sleeve of non-magnetic material.

2. The electromechanical power steering of a car according to claim 1, characterized in that the torque sensor is combined with a rotor position sensor, being an element of an elastic coupling and an electric motor control unit.